第二節(jié) 存儲器結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)與常見的微型計(jì)算機(jī)的配置方式不同，它把程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開編址，各有自己的尋址方式、控制信號和功能。MCS-51單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。

圖2-6 MCS-51單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)

一、程序存儲器

MCS-51的程序存儲器空間為64KB，其地址指針為16位的程序計(jì)數(shù)器PC，程序存儲器如圖2-6（a）所示。低4KB的程序存儲器（某些單片機(jī)為8KB或16KB）可以在單片機(jī)的內(nèi)部也可以在單片機(jī)的外部，這是由輸入到引腳EA的電平所確定的。

對于內(nèi)部有4KB程序存儲器的單片機(jī)（如8051或8751），若EA接V_CC（+5V），則

程序計(jì)數(shù)器PC的值在0～0FFFH之間時(shí)，CPU取指令時(shí)訪問內(nèi)部的程序存儲器；PC值大于0FFFH時(shí)，則訪問外部的程序存儲器。如果EA接V_SS（地），則內(nèi)部的程序存儲器被忽略，CPU總是從外部的程序存儲器中取指令。MCS-51的引腳PSEN輸出外部程序存儲器的讀選通信號，僅當(dāng)CPU訪問外部程序存儲器時(shí)，PSEN才有效。

對于內(nèi)部沒有程序存儲器的單片機(jī)（如8031）必須在外部接程序存儲器，引腳EA必須接地。

二、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部RAM的空間為256B，但實(shí)際提供給用戶使用的RAM容量，各個(gè)不同型號的單片機(jī)是不同的，有的為128B（如8051），有的為256B（如8032）。內(nèi)部RAM中不同的地址區(qū)域從功能和用途方面來分，可以劃分為如圖2-6（b）所示的三個(gè)區(qū)域：工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)、堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器區(qū)。

內(nèi)部RAM的00H～1FH為四組工作寄存器，每個(gè)區(qū)有八個(gè)工作寄存器R0～R7。寄存器和RAM單元地址對應(yīng)關(guān)系如表2-2所示。

表2-2

工作寄存器和RAM單元地址對應(yīng)關(guān)系

四個(gè)寄存器組中的每一組都可被選為CPU的工作寄存器，這是通過程序狀態(tài)字寄存

器PSW中的PSW.3（RS0）和PSW.4（RS1）兩位的狀態(tài)來選擇確定的，見表2-3。通

過程序改變RS1、RS0的狀態(tài)，就可更換工作寄存器組，這對提高CPU的工作效率和響應(yīng)中斷的速度是很有利的。

表2-3

工作寄存器區(qū)選擇

內(nèi)部RAM中的20H～2FH單元除可作為一般的字節(jié)尋址單元使用外，這16個(gè)單元共128位中的每一位又可單獨(dú)視作一個(gè)軟件觸發(fā)器，用于存放各種程序標(biāo)志、位控制變量，具有位尋址功能，其位地址范圍為00H～7FH。

字節(jié)地址為30H～7FH（或30H～0FFH）的這部分存儲區(qū)域可作為8位數(shù)據(jù)緩沖區(qū)使用。一般用戶把堆棧就設(shè)置在這部分區(qū)域中。

內(nèi)部RAM中除了作為工作寄存器、位標(biāo)志和堆棧區(qū)以外的單元都可以作為數(shù)據(jù)緩沖器使用，存放輸入的數(shù)據(jù)或運(yùn)算結(jié)果。

三、特殊功能寄存器SFR

MCS-51內(nèi)部的I/O口鎖存器以及定時(shí)器、串行口、中斷等各種控制和狀態(tài)寄存器都稱為特殊功能寄存器，它們離散地分布在80H～0FFH的特殊功能寄存器地址空間。在這空間中有些單元是空著的，這些單元是為MCS-51的新型單片機(jī)保留的。不同型號的單片機(jī)內(nèi)部I/O功能不同，實(shí)際存在的特殊功能寄存器數(shù)量差別較大。MCS-51最基本的特殊功能寄存器列于表2-4中。其中帶^*的是8052所增加的特殊功能寄存器。

表2-4

特殊功能寄存器地址映象

這些特殊功能寄存器在以后的I/O口、定時(shí)器、串行口和中斷等章節(jié)中作詳細(xì)的討論。

四、位存儲器

位存儲器空間由兩部分組成：一部分是在內(nèi)部RAM中字節(jié)地址為20H～2FH的128個(gè)位，這些位編址為00H～7FH，如表2-5所示；另一部分在特殊功能寄存器中，其中地址碼能被8整除的特殊功能寄存器，可以按位尋址，如表2-6所示。

表2-5

RAM位尋址區(qū)地址映象

表2-6

特殊功能寄存器位地址映象

續(xù)表

五、外部數(shù)據(jù)存儲器和I/O口

MCS-51的外部RAM存儲器和輸入/輸出端口是統(tǒng)一編址的，都在同一個(gè)64KB外部數(shù)據(jù)存儲器空間內(nèi)，如圖2-6（c）所示，CPU對它們具有相同操作功能。